【Linux系统】-----进程初相识：原理与概念全解析

Linux系列

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前言

经过前两篇文章的铺垫，我们对操作系统的管理方式已经有了比较完整的认识，今天我们将学习Linux比较重要的知识--------进程，学习进程可以帮助我们更好的理解操作系统对数据处理、软硬件资源的管理。

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一、进程的概念

进程是指在系统中正在运行的一个应用程序的实例，是程序在计算机上的一次执行过程。它是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
再结合我们之前学习过的冯诺依曼体系结构进一步理解，我们说，一个程序要想被执行，就必须先加载到内存中，而在这里我们称，一个已经加载到内存中的程序，叫做进程，即：正在运行的程序叫做进程。

二、进程的管理

在学习过操作系统后，我想大家一定都可以认识到是操作系统在管理进程。
一个操作系统，不仅仅只能运行一个进程，它可以同时运行多个进程。比如：你在打游戏的时候听歌、聊天。我们可以同时运行多个进程，但是为了保证，各个进程之间互不影响，操作系统就需要将这些进程管理起来，那么他是如何管理的呢？和对硬件的管理一样，先描述，再组织！！！
对进程行描述：任何一个进程，在加载到内存的时候，形成真正的进程时，操作系统要先创建，描述进程属性的结构体对象--------PCB，process ctrl block，也称为进程控制块，其本质就是一个struct结构体，内部存储的是进程属性，含有以下信息：

• 进程ID（PID）：系统为每个进程分配的唯一标识符，用于区分不同进程。
• 父进程ID：标识该进程的父进程，便于进程间的管理和追踪。
• 当前状态：记录进程处于就绪、运行、阻塞等状态。
• 优先级：反映进程获取CPU资源的优先程度。
• 内存指针：指向进程在内存中的存储位置，记录进程代码和数据所在的内存区域。
• 打开文件列表：记录进程当前打开的文件信息，包括文件描述符、文件指针等。
• 程序计数器（PC）：存储进程即将执行的下一条指令的地址，确保进程能按正确顺序执行。
• CPU寄存器状态：保存进程上次使用CPU时各寄存器的值，以便进程再次运行时能恢复现场。
• 信号量：用于进程间同步和互斥的变量，协调进程对共享资源的访问。
• 消息队列指针：指向与该进程相关的消息队列，用于进程间的消息传递。

我们来进行一个小总结：当你写的代码加载到内存，形成进程时，操作系统根据你的代码属性等形成一个对应的PCB类型，操作系统根据描述进程的程序控制块将会相关属性初始化，形成PCB对象，至此完成了对进程的描述。
为了方便操作系统管理，操作系统会将他们以链表的形式链接起来：

这样操作系统只需要对包含进程属性的PCB对象进行管理，尽可以达到对进程的管理，进程我们可以将他认为：
内核PCB数据结构对象+我们自己的代码和数据

以上介绍的是对所有操作系统而言，那么再Linux下是怎么做到呢？

三、Linux操作系统的进程管理

在上面我们介绍的知识，适用于所有操作系统，但不同操作系统之间的实现还是有所不同的，对于Linux操作系统来说，在Linux操作系统下我们将PCB称为task_struct结构体，内部同样包含着进程的所有属性。

3.1、进程标识符

上面我们介绍了，PCB包含这块信息
ps ajx ----------显示进程信息

其中PID是操作系统分配给每个进程的唯一标识符，就先我们的身份证一样。

3.2、查看进程

Linux下进程信息存储在/proc目录下，我们可以通过：
ls /proc 查看

蓝色字体为目文件，而名字就是对应进程的PID，他是操作系统更具进程的PID在/proc目录下创建的以PID命名的目录其内部保存的是进程的属性。
当然我们也可以对他进行查看：
ls /proc/对应的PID
接下来我们已自己的进程进行演示：

  1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 int main()4 {5   while(1)6   {7     printf("我是一个进程\n");8     sleep(1);                                                                                                                     9   }                                                                                                                       10   return 0;                                                                                                               11 }                                                                                                                  

这时我们就得到了一个自己的进程。
获取进程PID信息：

ps ajx | head -1&&ps ajx | grep my_pro
第一条指令的意思是，将进程信息打印在管道文件，并拿去管道文件的第一行信息。
&&：的意思是执行过前一条指令后立即执行第二条指令。
第二条指令的意思是，打印进程信息，并筛选出含有‘my_pro’的信息。

这时我们就可以看到，我们所跑的进程的PID:5510,上面我们说操作系统会根据进程的PID创建出对应的目录文件，接下来我们看看它是否存在：

3.3、查看进程的PID和PPID

我们可以直接通过系统调用接口查看当前进程的PID和PPID(当前进程的父进程所对应的PID)
getpid（）查看当前进程的PID，getppid（）查看当前进程的PPID:

  1 #include<stdio.h>  2 #include<unistd.h>  3 int main()  4 {  5   while(1)  6   {  7     pid_t a=getpid();  8     pid_t parent=getppid();  9     printf("当前进程的PID%d\n",a);   10    printf("当前进程父进程的PID%d\n",parent);11     sleep(1);12   }                                                           13   return 0;                           14 }     

这样我们就得到了当前进程的PID和它父进程的PID,当前进程我们是知道的，可是它的父进程是谁呢？我们来搜索一下：

通过搜索结果我们可以看到它的父进程是bash命令行，其是这时因为当我们向命令行中输入执行某个程序的指令时，bash就会创建一个子进程来完成我们的操作，自己则会去等待新的指令，这是bash对自己的一种保护方式，具体在下一篇我们会介绍。